Реферат Метан - Банк рефератів, творів, доповідей, курсових та дипломних робіт

Метан – найважливіший представник органічних речовин, у атмосфері (рис.1). Його концентрація значно перевищує концентрацію інших органічних сполук. У 60-ті та 70-ті роки кількість метану в атмосфері зростала зі швидкістю 1% на рік, і це пояснювалося господарською діяльністю людства.

Мал.1. Молекула метану

Збільшення вмісту метану в атмосфері сприяє посиленню парникового ефекту, оскільки метан інтенсивно поглинає теплове випромінювання Землі в області інфрачервоної спектру на довжині хвилі 7,66 мкм. Метан займає друге місце після вуглекислого газу ефективності поглинання теплового випромінювання Землі. Вклад метану створення парникового ефекту становить приблизно 30% від величини, прийнятої для вуглекислого газу. Зі зростанням вмісту метану змінюються хімічні процеси в атмосфері, що може призвести до погіршення екологічної ситуації на Землі. Природно виникає питання управління хімічними і фізичними процесами, у яких бере участь метан. Якщо молекули метану потрапляють в атмосферу, то вони залучаються до процесів перенесення та вступають у хімічні реакції, які добре відомі як якісно, так і кількісно. Управління процесами безпосередньо в атмосфері у глобальному масштабі практично виключено. До цього часу спрямований вплив на атмосферні процеси вдавалося здійснювати лише шляхом зміни потужності антропогенних джерел. Тому важливо розуміти природу природних та антропогенних джерел метану та оцінювати їх потужність з достатнім ступенем достовірності.

Метан за походженням буває:

біогенним, якщо він виникає внаслідок хімічної трансформації органічної речовини;

бактеріальним (або мікробним), якщовін утворюється внаслідок діяльності бактерій;

термогенним, якщо його виникнення завдячує термохімічним процесам;

абіогенним, якщо він виникає внаслідок хімічних реакцій неорганічних сполук.

Бактеріальний метан утворюється в донних відкладах боліт та інших водойм, внаслідок процесів травлення у шлунках комах та тварин (переважно жуйних). Термогенний метан виникає в осадових породах при зануренні на глибини 3-10 км, де осадові породи піддаються хімічній трансформації в умовах високих температур і тисків. Абіогенний метан утворюється зазвичай великих глибинах у мантії Землі.

В даний час загальну кількість метану в атмосфері оцінюють у межах 4600-5000 Тг (Тг = 1012 г). У південній півкулі концентрація метану дещо нижча, ніж у північній півкулі. Така відмінність зазвичай пов'язують із меншою потужністю джерел метану в південній півкулі: вважається, що основні джерела метану розташовані на континентах, а океани не вносять помітного внеску до глобального потоку метану. Час життя метану у атмосфері 8–12 років.

Метан знаходиться в атмосфері переважно в приземному шарі, який називається тропосферою і товщина якого становить 11-15 км. Концентрація метану мало залежить від висоти в інтервалі від поверхні Землі до тропопаузи, що зумовлено великою швидкістю перемішування по висоті в межах 0-12 км (1 місяць) порівняно з часом метану в атмосфері.

Метан потрапляє в атмосферу як із природних, так і з антропогенних джерел. Потужність антропогенних джерел нині значно перевищує потужність природних. До природних джерел метану відносяться болота, тундра, водоймища, комахи (головним чином терміти), метангідрати,Геохімічні процеси. До антропогенних - рисові поля, шахти, тварини, втрати при видобутку газу та нафти, горіння біомаси, звалища. Відносне розподіл джерел із їхньої потужності дано на рис.2.

Мал. 2. Частки окремих джерел у загальному потоці метану в атмосферу

З даних рис.2 видно, що болота, рисові поля і тварини вносять домінуючий внесок в освіту загального потоку в атмосферу. Природа утворення метану в таких джерелах, як болота, озера, рисові поля, жуйні тварини, комахи, сміттєзвалища, приблизно однакова – ферментативна переробка клітковини.

Інтенсивність виділення метану з боліт змінюється у межах. Емісія метану від західносибірських боліт, які є досить типовим представником північних боліт, визначена із застосуванням методів газової хроматографії, становить приблизно 9 мг метану на ч/м2. У середньому емісія метану з сибірських боліт може сягати 20 Тг/год, що у порівнянні з загальним потоком метану від боліт (50–70 Тг). Потрібно сказати, що точність визначення емісії метану від боліт утруднена великим розкидом величин емісії при вимірі навіть близько розташованих ділянках. Наприклад, величина емісії метану в західносибірських болотах коливалася в інтервалі від 0,1 до 40 мг/(м2⋅год). Великий потік метану від рисових полів обумовлений різким прискоренням транспорту метану всередині порожнин у стеблах рису, оскільки дифузія метану відбувається у повітряному середовищі, а чи не у воді. Потік метану з рисових полів досягає середньому 2,3 мг/( м2⋅ч).

Кількість великої рогатої худоби у світі – близько 1,5 млрд голів. Одна корова виробляє за добу близько 250 л чистого метану. Цієї кількості метану вистачить, щоб закип'ятити 20 л води. У розвинених країнах на звалищавивозиться приблизно 1,8 кг сміття на день у розрахунку на одну особу, до України 0,6 кг відповідно. Приблизно 10% цієї маси може конвертуватися метан. Отже, в Україні виробляється 60 г метану на добу з розрахунку на одну особу.

Шахтний метан виникає у процесі трансформації органічних залишків у вугілля під впливом високих тисків та температур. Можна вважати, що у глибинах землі відбувається піроліз органічних речовин. Рослинні залишки містять велику кількість лігніну, у структурі якого є багато метильних груп. У ході термічної переробки відбувається звільнення метильних радикалів, які потім відривають атом водню від органічних молекул і перетворюються на метан. Видобуток 1 т вугілля супроводжується виділенням 13 м3 чистого метану.

Аналогічний механізм утворення метану спостерігається при горінні біомаси. Основне джерело метану, що виділяється під час горіння біомаси, знаходиться в Африці, де широко практикується спалювання соломи при підготовці ґрунту для нового врожаю. Використання дерева для приготування їжі та опалення дає незначний внесок. Країни колишнього СРСР виробляють близько 5-15% загального потоку метану в атмосферу.

Таким чином, роль метану в екологічних процесах винятково велика. В даний час нагальним завданням для багатьох регіонів земної кулі, і в тому числі для Росії, є інвентаризація існуючих джерел метану, виявлення та прогнозування появи нових джерел.

В Україні більш детального дослідження слід піддати ті джерела метану, потужність яких визначена з недостатньою точністю. Насамперед це болота, і особливо болота Західного Сибіру. Важливою є проблема утворення та транспортування метану в болотах усередині водної фази.Поклади метангідратів цікаві не тільки з точки зору впливу на клімат планети при їх дестабілізації, але і з метою промислового використання. Раціональне використання відходів, наприклад, для отримання теплової енергії, може вирішити проблему звалищного газу. Ще одна проблема має екологічний характер. В даний час важко сумніватися в тому, що відбувається поступове потепління клімату, хоч і набагато меншими темпами, ніж передбачалося раніше. Підвищення температури планети позначиться зростання потоків метану, оскільки зміна температури однією градус змінює інтенсивність виділення метану в мікробіологічних процесах (болота, рисові поля, звалища) приблизно 10%. Потенційно небезпечне джерело метану, яке може включитись при підвищенні температури, – це гідрати метану. Запаси метангідратів величезні. Підвищення температури спричинить дестабілізацію метангідратів і почнеться їхній розпад, що іноді спостерігається і зараз. В даний час оцінка потужності потоку метану від метангідратів невелика і становить близько 1% від загального потоку. Збільшення надходження потоку метану в атмосферу викличе подальше прискорення підвищення температури атмосфери, що матиме величезні негативні наслідки.

Арустамов Е.А. Безпека життєдіяльності. - М.: 2001.

Бєлов С.В. Безпека життєдіяльності. - М.: 2000.

Гарін В.М. Екологія для технічних вишів. - Ростов на Дону: 2001.